Sensor überwacht Stresswerte in Echtzeit

Cortisol-Werte steigen: Stress-Sensor überwacht (Foto: pixabay.de, Ryan McGuire)

Moskau (pte011/14.04.2021/10:30) - Forscher von Skoltech http://skoltech.ru/en haben einen Prototypen eines fluoreszenzbasierten Sensors für den Nachweis der Cortisol-Konzentration in Echtzeit entwickelt. Das Steroidhormon Cortisol ist als "Stresshormon" bekannt. Es spielt bei der Regulierung vieler physiologischer Vorgänge eine wichtige Rolle. Dazu gehören Blutzuckerwerte und Entzündungen. Verringerte oder erhöhte Werte stehen mit verschiedenen Krankheiten und Symptomen in Verbindung.

Implantat ist das Ziel

Eine genaue und zuverlässige sowie kontinuierliche Überwachung der Cortisol-Konzentration in vivo ist derzeit noch außer Reichweite. Bestehende laborbasierte Methoden wie ELISA sind sehr zuverlässig. Sie können aufgrund der Erfordernisse der Probenvorbereitung jedoch nicht für eine Überwachung in Echtzeit eingesetzt werden. Die Forschungsergebnisse wurden in "Talanta" veröffentlicht.

Laut dem Co-Autor der Studie, Vladimir Drachev, bedeutet jede Überwachung eines Analyten in vivo eine Herausforderung. Zudem handelt es sich bei Cortisol um ein relativ kleines Molekül. Schließlich sei es immer schädlich, einen Bluttest bei Mäusen, Ratten oder menschlichen Patienten durchzuführen. Denn jede Art eines derartigen Tests löst Stress aus und erhöht die Cortisol-Konzentration, was den Test selbst nicht aussagekräftig macht. "Das Ziel ist ein implantierbarer Cortisol-Sensor, der im Blutfluss in Echtzeit arbeitet", erklärt Drachev.

Erste Tests erfolgreich

Der Sensor-Prototyp zur Cortisol-Überwachung ist mit Goldnanopartikeln bestückt. Das freie Cortisol in der Probe verdrängt fluoreszierende Cortisol-Komplexe und Rinder-Serum-Albumin, die an monoklonale Antiköper für Cortisol angehängt sind. Das führt zu Goldinseln auf dem Sensor. Die Fluoreszenz kann als Signal der Cortisol-Konzentration in der Probe gemessen werden. Bei In-vitro-Tests wies der neue Sensor bei 0,02 Mikrogramm die niedrigsten Werte für den Nachweis von Cortisol auf. Diese Werte sind mit den normalen Werten im menschlichen Plasma vergleichbar. Die reversible Reaktion wurde ebenfalls in vitro nachgewiesen.

Die Forscher hoffen, dass ihr Ansatz zur Entwicklung eines implantierbaren Sensors führen wird. Ein derartiger Sensor wird wie eine optische Faser mit einer Kapillarzelle aussehen, überzogen mit einer semipermeablen Membran, die in einer dünnen Nadel platziert wird. Diese Nadel wird im Inneren über mehrere Schichten verfügen und über Glasfasertechnik mit einem tragbaren Spektrometer verbunden.

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